JPWO2020204059A1 - Fracture prediction method for steel materials, fracture prediction device, program and recording medium - Google Patents

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Abstract

ソリッド要素による有限要素法を用いて既定された第1関係式に,鋼材の板厚及び鋼材の限界VDA曲げ角度を入力して,ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第1値を算出する第1ステップS11と、シェル要素による有限要素法を用いて既定された第2関係式に、変形解析モデルのシェル要素の要素サイズ、鋼材の板厚、及び前記第1値を入力して、シェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第2値を算出する第2ステップS12と、シェル要素による有限要素法を用いて、鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみである第3値を取得する第3ステップS2と、第2値と第3値とを比較して、変形における前記鋼材の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する第4ステップS3と、を有している破断予測方法。Enter the plate thickness of the steel material and the limit VDA bending angle of the steel material in the first relational expression defined using the finite element method with the solid element, and the first value which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending by the solid element. In the first step S11 for calculating the above and the second relational expression defined by using the finite element method using the shell element, the element size of the shell element of the deformation analysis model, the plate thickness of the steel material, and the first value are input. Then, using the second step S12 for calculating the second value, which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the shell element, and the finite element method using the shell element, the first primary strain, which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending of the steel material. There is a third step S2 for acquiring the three values, and a fourth step S3 for comparing the second value and the third value and determining whether or not fracture occurs at the bending deformation portion of the steel material in the deformation. Breakage prediction method.

Description

本発明は、鋼材の破断予測方法、破断予測装置、プログラム及び記録媒体に関するものである。 The present invention relates to a fracture prediction method for steel materials, a fracture prediction device, a program, and a recording medium.

近年、自動車業界では、衝突時の衝撃を低減し、衝突時の衝撃吸収エネルギーを高め得る車体構造の開発が往年の課題となっている。例えば、こうした車体構造の開発には、衝突時の車体構造の変形と破壊を予測する際に、鋼板のプレス成形シミュレーションの分野で用いられる、鋼板の破断を予測する方法が応用される場合が多い。この破断予測方法としては、成形限界線図と呼ばれる限界ひずみを実験的又は理論的に導出しておき、その限界ひずみ状態と有限要素法(FEM)を用いたシミュレーションにより得られるひずみ状態とを比較して、破断発生の有無を判定する手法が一般的である。 In recent years, in the automobile industry, the development of a vehicle body structure capable of reducing the impact at the time of a collision and increasing the impact absorption energy at the time of a collision has become an issue of the past. For example, in the development of such a vehicle body structure, the method of predicting the fracture of a steel sheet, which is used in the field of press forming simulation of a steel sheet, is often applied when predicting the deformation and fracture of the vehicle body structure at the time of a collision. .. As this fracture prediction method, a limit strain called a forming limit diagram is experimentally or theoretically derived, and the limit strain state is compared with the strain state obtained by simulation using the finite element method (FEM). Then, a method of determining the presence or absence of breakage is common.

一方、近年、自動車の車体に用いられる鋼板の衝突時の曲げ特性をより的確に評価する方法として、VDAドイツ自動車工業会の試験標準規格(非特許文献1)による、金属材料の板曲げ試験(VDA曲げ試験)を用いた方法が広まりつつある。VDA曲げ試験は、一対のロール間にパンチを押し込みながら鋼板を曲げてゆき、パンチの反力が最大値となったタイミングにおける鋼板の曲げ角度を、当該鋼板の限界VDA曲げ角度と定義する。この評価方法によれば、連続的な曲げ角度のデータから限界曲げ角度を決定できるだけでなく、測定者によるバラツキが発生しないという利点がある。 On the other hand, in recent years, as a method for more accurately evaluating the bending characteristics of steel plates used for automobile bodies at the time of collision, a plate bending test of a metal material according to the test standard (Non-Patent Document 1) of the VDA German Association of the Automotive Industry (Non-Patent Document 1). The method using the VDA bending test) is becoming widespread. In the VDA bending test, a steel sheet is bent while pushing a punch between a pair of rolls, and the bending angle of the steel sheet at the timing when the reaction force of the punch becomes the maximum value is defined as the limit VDA bending angle of the steel sheet. According to this evaluation method, not only the limit bending angle can be determined from the continuous bending angle data, but also there is an advantage that variation by the measurer does not occur.

特開2012−11458号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-11458 特許第6330981号公報Japanese Patent No. 6330981 特開2011−141237号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-141237

VDA 238-100 "Plate bending test for metallic materials" Validation Rule, 01 June 2017VDA 238-100 "Plate bending test for metallic materials" Validation Rule, 01 June 2017

特許文献1では、解析対象である金属板について、予め試験により割れの発生する限界表面ひずみを求めておくか、或いは予め曲げ試験により求めておいた割れの発生する限界曲げ半径と対応づけて、曲げ試験を模したシミュレーションにより最大主ひずみを限界表面ひずみとして求め、プレス成形シミュレーションを行い、比較により割れの発生を判定する技術が開示されている。 In Patent Document 1, for the metal plate to be analyzed, the limit surface strain at which cracks occur is obtained in advance by a test, or the limit bending radius at which cracks occur is obtained in advance by a bending test. A technique is disclosed in which the maximum principal strain is obtained as the limit surface strain by a simulation imitating a bending test, a press forming simulation is performed, and the occurrence of cracks is determined by comparison.

特許文献1で解析対象である金属板について割れ判定を行う場合、その度ごとに、曲げ試験及び曲げ試験を模したシミュレーションを実施することを要し、これによって初めて限界表面ひずみを求めることができる。更に、曲げ試験には、Vブロック法による90°V曲げ試験が用いられているが、Vブロック法では、曲げ半径の異なるパンチを複数作製し、各曲げ半径のパンチで曲げ成形を加え、どの曲げ半径のパンチで割れが発生するかを判定する。そのため、作製したパンチの数に対応したデータしか得られず、断片的な結果しか得ることができない。また、鋼板の割れの判定も、微小な割れが発生するか否かが判定基準となるため、測定者による判定のバラつきが生じる可能性がある。 When the crack is determined for the metal plate to be analyzed in Patent Document 1, it is necessary to carry out a bending test and a simulation imitating the bending test each time, and the limit surface strain can be obtained for the first time. .. Further, a 90 ° V-bending test by the V-block method is used for the bending test. In the V-block method, a plurality of punches having different bending radii are prepared, and bending is performed with the punches having each bending radius. Determine if cracking occurs with a punch with a bending radius. Therefore, only the data corresponding to the number of punches produced can be obtained, and only fragmentary results can be obtained. Further, in the determination of the crack of the steel sheet, whether or not a minute crack occurs is a determination criterion, so that the determination by the measurer may vary.

また、曲げ試験を模したシミュレーションにより限界表面ひずみを求める場合、曲げ頂部のように局所的にひずみが集中しているような部位においては、要素内でひずみが平均化されるため、要素サイズが粗いほどひずみがなまされ、より小さな値となる。そのため、用いる要素サイズに依存して、計算されるひずみの値が異なるという問題がある。 In addition, when the limit surface strain is obtained by a simulation that imitates a bending test, the strain is averaged within the element at a site where the strain is locally concentrated, such as the bending top, so the element size is large. The coarser the strain, the smaller the value. Therefore, there is a problem that the calculated strain value differs depending on the element size used.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、解析対象である鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを、試験やシミュレーションによることなく、極めて簡易に短時間で、しかも正確に得ることができ、これにより、突変形部に曲げ破断が発生するか否かを正確に予測すること、即ち、鋼材の正確な曲げ破断予測を行うことを可能とし、製品開発に必要なコストの大幅な削減及び開発期間の大幅な短縮に寄与することができる破断予測方法、破断予測装置、プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and the maximum principal strain of the bent outer surface layer of the steel material to be analyzed can be obtained extremely easily, in a short time, and accurately without using tests or simulations. This makes it possible to accurately predict whether or not bending fracture will occur in the projecting deformation portion, that is, to accurately predict bending fracture of the steel material, resulting in a large cost required for product development. It is an object of the present invention to provide a fracture prediction method, a fracture prediction device, a program and a recording medium that can contribute to a significant reduction and a significant reduction in the development period.

上記の課題を解決するため、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸様態に想到した。本発明の要旨は、次の通りである。 In order to solve the above problems, as a result of diligent studies, we came up with the following aspects of the invention. The gist of the present invention is as follows.

(1)
ソリッド要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみを板厚及び限界VDA曲げ角度の関数で表す第1関係式に、破断予測対象である鋼材の板厚及び前記鋼材の限界VDA曲げ角度を入力して、前記鋼材のソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第1値を算出する第1ステップと、
シェル要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみをシェル要素のサイズ、板厚、及びソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で表す第2関係式に、破断予測対象である変形解析モデルのシェル要素のサイズ、前記鋼材の板厚、及び前記第1ステップで算出された前記第1値を入力して、前記鋼材のシェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第2値を算出する第2ステップと、
シェル要素による有限要素法を用いて、前記鋼材の材料特性に応じた変形解析を実行し、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみである第3値を取得する第3ステップと、
前記第2値と前記第3値とを比較して、変形における前記鋼材の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する第4ステップと、
を備えたことを特徴とする破断予測方法。
(1)
The first relational expression, which expresses the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending as a function of the plate thickness and the limit VDA bending angle, which is defined by using the finite element method with solid elements, is the plate thickness of the steel material to be predicted for fracture and the plate thickness. The first step of inputting the limit VDA bending angle of the steel material and calculating the first value which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element of the steel material.
The second relation, which is defined by using the finite element method with shell elements, expresses the maximum principal strain of the outermost bending layer as a function of the size of the shell element, the plate thickness, and the maximum principal strain of the outermost bending layer due to the solid element. Enter the size of the shell element of the deformation analysis model, which is the target of fracture prediction, the plate thickness of the steel material, and the first value calculated in the first step, and enter the outermost bending of the steel material by the shell element. The second step to calculate the second value, which is the maximum principal strain of the surface layer, and
Using the finite element method using the shell element, the third step of performing deformation analysis according to the material properties of the steel material and acquiring the third value, which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending of the steel material, and
The fourth step of comparing the second value with the third value to determine whether or not fracture occurs at the bending deformation portion of the steel material in deformation.
A fracture prediction method characterized by being equipped with.

(2)
前記第1関係式は、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεsolidとして、
εsolid=a・ln(θ)+b
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする(1)に記載の破断予測方法。
(2)
In the first relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element is ε solid .
ε solid = a · ln (θ) + b
The fracture prediction method according to (1), wherein a: the relational expression of the plate thickness t and b: the relational expression of the plate thickness t.

(3)
前記第2関係式は、シェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεshellとして、
εshell=αSβ+γ
S:シェル要素のサイズ
α,β,γ:εsolid及び板厚tの関係式
により表されることを特徴とする(2)に記載の破断予測方法。
(3)
In the second relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the shell element is ε- shell .
ε shell = αS β + γ
S: The fracture prediction method according to (2), which is represented by a relational expression of shell element size α, β, γ: ε solid and plate thickness t.

(4)
前記第1関係式を得るために用いられたソリッド要素は、前記第2関係式を得るために用いられたシェル要素よりも細かい要素サイズのものであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の破断予測方法。
(4)
The solid element used to obtain the first relational expression is characterized in that the element size is finer than that of the shell element used to obtain the second relational expression (1) to (3). ) Is described in any of the above methods.

(5)
前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の破断予測方法。
(5)
The fracture prediction method according to any one of (1) to (4), wherein the steel material is a steel sheet of a steel grade of 980 MPa class or higher.

(6)
ソリッド要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみを板厚及び限界VDA曲げ角度の関数で表す第1関係式に、破断予測対象である鋼材の板厚及び前記鋼材の限界VDA曲げ角度を入力して、前記鋼材のソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第1値を算出する第1算出部と、
シェル要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみをシェル要素のサイズ、板厚、及びソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で表す第2関係式に、破断予測対象である変形解析モデルのシェル要素のサイズ、前記鋼材の板厚、及び前記第1算出部で算出された前記第1値を入力して、前記鋼材のシェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第2値を算出する第2算出部と、
シェル要素による有限要素法を用いて、前記鋼材の材料特性に応じた変形解析を実行し、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみである第3値を取得する第3算出部と、
前記第2値と前記第3値とを比較して、変形における前記鋼材の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする破断予測装置。
(6)
The first relational expression, which expresses the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending as a function of the plate thickness and the limit VDA bending angle, which is defined by using the finite element method with solid elements, is the plate thickness of the steel material to be predicted for fracture and the plate thickness. A first calculation unit that inputs the limit VDA bending angle of the steel material and calculates the first value which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element of the steel material.
The second relation, which is defined by using the finite element method with shell elements, expresses the maximum principal strain of the outermost bending layer as a function of the size of the shell element, the plate thickness, and the maximum principal strain of the outermost bending layer due to the solid element. Enter the size of the shell element of the deformation analysis model, which is the target of fracture prediction, the plate thickness of the steel material, and the first value calculated by the first calculation unit into the equation, and bend the outside of the steel material by the shell element. The second calculation unit that calculates the second value, which is the maximum principal strain of the outermost layer, and
Using the finite element method using the shell element, a third calculation unit that executes deformation analysis according to the material properties of the steel material and obtains the third value, which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending of the steel material, and
A determination unit that compares the second value with the third value and determines whether or not fracture occurs at the bending deformation portion of the steel material in deformation.
A rupture prediction device characterized by being equipped with.

(7)
前記第1関係式は、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεsolidとして、
εsolid=a・ln(θ)+b
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする(6)に記載の破断予測装置。
(7)
In the first relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element is ε solid .
ε solid = a · ln (θ) + b
The fracture prediction device according to (6), wherein a: the relational expression of the plate thickness t b: the relational expression of the plate thickness t.

(8)
前記第2関係式は、シェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεshellとして、
εshell=αSβ+γ
S:シェル要素のサイズ
α,β,γ:εsolid及び板厚tの関係式
により表されることを特徴とする(7)に記載の破断予測装置。
(8)
In the second relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the shell element is ε- shell .
ε shell = αS β + γ
S: The fracture predictor according to (7), which is represented by a relational expression of shell element size α, β, γ: ε solid and plate thickness t.

(9)
前記第1関係式を得るために用いられたソリッド要素は、前記第2関係式を得るために用いられたシェル要素よりも細かい要素サイズのものであることを特徴とする(6)〜(8)のいずれかに記載の破断予測装置。
(9)
The solid element used to obtain the first relational expression is characterized in that the element size is finer than that of the shell element used to obtain the second relational expression (6) to (8). ). The breakage predictor according to any one of.

(10)
前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする(6)〜(9)のいずれかに記載の破断予測装置。
(10)
The fracture prediction device according to any one of (6) to (9), wherein the steel material is a steel plate of a steel grade of 980 MPa class or higher.

(11)
ソリッド要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみを板厚及び限界VDA曲げ角度の関数で表す第1関係式に、破断予測対象である鋼材の板厚及び前記鋼材の限界VDA曲げ角度を入力して、前記鋼材のソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第1値を算出する第1ステップと、
シェル要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみをシェル要素のサイズ、板厚、及びソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で表す第2関係式に、破断予測対象である変形解析モデルのシェル要素のサイズ、前記鋼材の板厚、及び前記第1ステップで算出された前記第1値を入力して、前記鋼材のシェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第2値を算出する第2ステップと、
シェル要素による有限要素法を用いて、前記鋼材の材料特性に応じた変形解析を実行し、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみである第3値を取得する第3ステップと、
前記第2値と前記第3値とを比較して、変形における前記鋼材の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する第4ステップと、
をコンピュータに実行させる破断予測プログラム。
(11)
The first relational expression, which expresses the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending as a function of the plate thickness and the limit VDA bending angle, which is defined by using the finite element method with solid elements, is the plate thickness of the steel material to be predicted for fracture and the plate thickness. The first step of inputting the limit VDA bending angle of the steel material and calculating the first value which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element of the steel material.
The second relation, which is defined by using the finite element method with shell elements, expresses the maximum principal strain of the outermost bending layer as a function of the size of the shell element, the plate thickness, and the maximum principal strain of the outermost bending layer due to the solid element. Enter the size of the shell element of the deformation analysis model, which is the target of fracture prediction, the plate thickness of the steel material, and the first value calculated in the first step, and enter the outermost bending of the steel material by the shell element. The second step to calculate the second value, which is the maximum principal strain of the surface layer, and
Using the finite element method using the shell element, the third step of performing deformation analysis according to the material properties of the steel material and acquiring the third value, which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending of the steel material, and
The fourth step of comparing the second value with the third value to determine whether or not fracture occurs at the bending deformation portion of the steel material in deformation.
Break prediction program that causes the computer to execute.

(12)
前記第1関係式は、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεsolidとして、
εsolid=a・ln(θ)+b
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項11に記載の破断予測プログラム。
(12)
In the first relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element is ε solid .
ε solid = a · ln (θ) + b
The fracture prediction program according to claim 11, wherein a: the relational expression of the plate thickness t b: the relational expression of the plate thickness t.

(13)
前記第2関係式は、シェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεshellとして、
εshell=αSβ+γ
S:シェル要素のサイズ
α,β,γ:εsolid及び板厚tの関係式
により表されることを特徴とする(12)に記載の破断予測プログラム。
(13)
In the second relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the shell element is ε- shell .
ε shell = αS β + γ
S: The fracture prediction program according to (12), which is represented by a relational expression of shell element size α, β, γ: ε solid and plate thickness t.

(14)
前記第1関係式を得るために用いられたソリッド要素は、前記第2関係式を得るために用いられたシェル要素よりも細かい要素サイズのものであることを特徴とする(11)〜(13)のいずれかに記載の破断予測プログラム。
(14)
The solid element used to obtain the first relational expression is characterized in that the element size is finer than that of the shell element used to obtain the second relational expression (11) to (13). ) The breakage prediction program described in any one of.

(15)
前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする(11)〜(14)のいずれかに記載の破断予測プログラム。
(15)
The fracture prediction program according to any one of (11) to (14), wherein the steel material is a steel sheet of a steel grade of 980 MPa class or higher.

(16)
(11)〜(15)のいずれかに記載の破断予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(16)
A computer-readable recording medium comprising recording the fracture prediction program according to any one of (11) to (15).

本発明によれば、解析対象である鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを、試験やシミュレーションによることなく、極めて簡易に短時間で、しかも正確に得ることができ、これにより、突変形部に曲げ破断が発生するか否かを正確に予測すること、即ち、鋼材の正確な曲げ破断予測を行うことが可能となり、製品開発に必要なコストの大幅な削減及び開発期間の大幅な短縮に寄与することができる。 According to the present invention, the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bent steel material to be analyzed can be obtained extremely easily, in a short time, and accurately without any test or simulation. It is possible to accurately predict whether or not bending fracture will occur, that is, to accurately predict bending fracture of steel materials, resulting in a significant reduction in the cost required for product development and a significant shortening of the development period. Can contribute.

図1Aは、限界VDA曲げ角度を試験的に取得する様子を示す斜視図である。FIG. 1A is a perspective view showing how the limit VDA bending angle is obtained on a trial basis. 図1Bは、限界VDA曲げ角度を試験的に取得する様子を拡大して示す正面図である。FIG. 1B is an enlarged front view showing how the limit VDA bending angle is acquired on a trial basis. 図2は、板厚ごとの、得られた限界VDA曲げ角度(実験値)及び曲げ外側頂部における曲げ外側最表層の最大主ひずみ(ソリッド要素詳細FEM解析値)を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the obtained limit VDA bending angle (experimental value) and the maximum principal strain of the bending outermost surface layer at the bending outer top (solid element detailed FEM analysis value) for each plate thickness. 図3は、曲げ外側頂部からの距離と曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance from the bending outer top and the maximum principal strain of the bending outer outermost layer. 図4は、限界VDA曲げ角度と曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the limit VDA bending angle and the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending. 図5は、要素サイズのメッシュを鋼板の曲げ中心に配置したFEMモデルを示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an FEM model in which an element size mesh is arranged at the bending center of a steel plate. 図6は、シェル要素の要素サイズ(mm)と曲げ外側最表層の最大主ひずみの平均値との関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the element size (mm) of the shell element and the average value of the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending. 図7は、第1の実施形態による破断予測装置を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a fracture prediction device according to the first embodiment. 図8は、図7の破断予測装置の構成要素である算出部の詳細を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing details of a calculation unit which is a component of the fracture prediction device of FIG. 7. 図9は、第1の実施形態による破断予測方法を示すフロー図である。FIG. 9 is a flow chart showing a fracture prediction method according to the first embodiment. 図10は、図9の破断予測方法のステップS1の詳細を示すフロー図である。FIG. 10 is a flow chart showing details of step S1 of the fracture prediction method of FIG. 図11は、図9のステップS11,S12の詳細を示すフロー図である。FIG. 11 is a flow chart showing details of steps S11 and S12 of FIG. 図12Aは、対象部材にパンチで反力を加え、破断が生じる様子を示す斜視図である。FIG. 12A is a perspective view showing how a reaction force is applied to the target member by a punch to cause breakage. 図12Bは、実験により対象部材にパンチで反力を加え、破断が生じる様子を示す模式図である。FIG. 12B is a schematic view showing how a reaction force is applied to the target member by a punch by an experiment to cause fracture. 図12Cは、本実施例により対象部材にパンチで反力を加え、破断が生じる様子を示す模式図である。FIG. 12C is a schematic view showing how a reaction force is applied to the target member by a punch according to the present embodiment to cause breakage. 図13は、対象部材にパンチで反力を加えた場合におけるストロークと反力との関係を示す特性図である。FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the stroke and the reaction force when a reaction force is applied to the target member by a punch. 図14は、コンピュータ機能を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram showing a computer function.

(本発明の基本的骨子)
先ず、本発明の実施形態について開示するに当たり、本発明の基本的骨子について説明する。
(Basic gist of the present invention)
First, in disclosing the embodiments of the present invention, the basic gist of the present invention will be described.

本発明者は、各鋼種(材質)、各板厚の鋼板を用いて、VDA曲げ試験を行い、各鋼種及び各板厚の限界VDA曲げ角度を取得した。従来知見として、曲げ外側最表層の最大主ひずみが材料特有の限界値に達すると、曲げ破断が発生することが知られている。本発明者は、有限要素法(FEM)を用いてソリッド要素による詳細なメッシュを用いて、VDA曲げ試験を再現したFEMモデルを作成し、VDA曲げ試験から得られた限界VDA曲げ角度となるまでパンチを押し込み、そのときの曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得した。 The present inventor conducted a VDA bending test using steel plates of each steel type (material) and each plate thickness, and obtained the limit VDA bending angle of each steel type and each plate thickness. As a conventional knowledge, it is known that bending fracture occurs when the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending reaches the limit value peculiar to the material. The present inventor created an FEM model that reproduced the VDA bending test using a detailed mesh of solid elements using the finite element method (FEM) until the limit VDA bending angle obtained from the VDA bending test was reached. The punch was pushed in, and the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending at that time was obtained.

一般的に、FEM解析では、ソリッド要素を用いた詳細なFEMモデル(ソリッドモデル)と、シェル要素を用いたFEMモデル(シェルモデル)とが主に用いられている。ソリッドモデルは、四面体、六面体、または五面体等の3次元のソリッド要素を使用してモデリングされ、一般的に解析時間は長くなるが、解析精度は高い特長がある。シェルモデルは、三角形や四角形のような2次元の面要素であるシェル要素を使用してモデリングされ、一般的に、解析対象が長さ及び幅と比べて厚みが薄い板で構成された部材を対象とした解析において、使用されることが多く、解析時間が短い特長がある。そのため、ソリッドモデルでは解析が不可能になる大規模なモデルでの解析であっても、シェル要素を使えば可能となる。 Generally, in FEM analysis, a detailed FEM model (solid model) using a solid element and a FEM model (shell model) using a shell element are mainly used. A solid model is modeled using a three-dimensional solid element such as a tetrahedron, a hexahedron, or a pentahedron. Generally, the analysis time is long, but the analysis accuracy is high. The shell model is modeled using shell elements that are two-dimensional surface elements such as triangles and quadrangles, and generally, the analysis target is a member composed of plates that are thinner than the length and width. It is often used in targeted analysis and has the advantage of short analysis time. Therefore, even analysis with a large-scale model, which cannot be analyzed with a solid model, can be performed by using shell elements.

VDA曲げ試験とは、鋼板の曲げ性を評価する方法の一つであり、VDAドイツ自動車工業会の試験標準規格(非特許文献1)による、金属材料の曲げ試験である。 The VDA bending test is one of the methods for evaluating the bendability of a steel sheet, and is a bending test for a metal material according to the test standard (Non-Patent Document 1) of the German Association of the Automotive Industry of VDA.

限界VDA曲げ角度は、引張強度特性及び板厚に対応して、VDA曲げ試験により実験的に取得される値である。図1A、図1Bに示すように、一対のロール21,22上に鋼板10を載置し、一対のロール21,22間における鋼板10の表面の中央部位(曲げ中心)にパンチ20を当接させる。パンチ20を荷重Fで押し込みながら鋼板10を曲げてゆき、パンチ20の反力が最大値となったタイミングにおける鋼板10の曲げ角度を限界VDA曲げ角度θと定義する(図1B)。鋼板10の表面のパンチ20の当接部位に対応した裏面の点Pにおいて、限界VDA曲げ角度θとなったときの最大主ひずみを、曲げ外側頂部における曲げ外側最表層の最大主ひずみと定義する。 The limit VDA bending angle is a value experimentally obtained by the VDA bending test corresponding to the tensile strength characteristics and the plate thickness. As shown in FIGS. 1A and 1B, the steel plate 10 is placed on the pair of rolls 21 and 22, and the punch 20 abuts on the central portion (bending center) of the surface of the steel plate 10 between the pair of rolls 21 and 22. Let me. The steel plate 10 is bent while pushing the punch 20 with the load F, and the bending angle of the steel plate 10 at the timing when the reaction force of the punch 20 reaches the maximum value is defined as the limit VDA bending angle θ (FIG. 1B). The maximum principal strain when the limit VDA bending angle θ is reached at the point P on the back surface corresponding to the contact portion of the punch 20 on the front surface of the steel plate 10 is defined as the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending at the outer top of the bending. ..

従来では、鋼板の曲げ性を評価する方法として、Vブロック法が用いられている。Vブロック法では、曲げ半径の異なるパンチを複数作製し、各曲げ半径のパンチで曲げ成形を加え、どの曲げ半径のパンチで割れが発生するかを判定する。そのため、作製したパンチの数に対応したデータしか得られず、断片的な結果しか得ることができない。また、鋼板の割れの判定も、微小な割れが発生するか否かが判定基準となるため、測定者による判定のバラつきが生じる可能性がある。
これに対してVDA曲げ試験では、最大荷重時の曲げ角度で限界VDA曲げ角度が決定できるため、測定者によるバラツキが発生しないという利点がある。
Conventionally, the V-block method has been used as a method for evaluating the bendability of a steel sheet. In the V-block method, a plurality of punches having different bending radii are produced, bending is performed with the punches having each bending radius, and it is determined at which bending radius the punch causes cracking. Therefore, only the data corresponding to the number of punches produced can be obtained, and only fragmentary results can be obtained. Further, in the determination of the crack of the steel sheet, whether or not a minute crack occurs is a determination criterion, so that the determination by the measurer may vary.
On the other hand, in the VDA bending test, since the limit VDA bending angle can be determined by the bending angle at the maximum load, there is an advantage that variation by the measurer does not occur.

鋼種1500MPa級で板厚の異なる3種(板厚:1.0mm,1.4mm,2.3mm)の鋼板について、得られた限界VDA曲げ角度(実験値)及び曲げ外側頂部における曲げ外側最表層の最大主ひずみ(0.1mmメッシュサイズのソリッド要素を用いた詳細FEM解析値)を図2に示す。また、上記の3種の鋼板について、曲げ外側頂部からの距離と曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係を図3に示す。 For three types of steel sheets (plate thickness: 1.0 mm, 1.4 mm, 2.3 mm) with different plate thicknesses of 1500 MPa class, the obtained limit VDA bending angle (experimental value) and the outermost surface layer of bending at the outer top of bending The maximum principal strain (detailed FEM analysis value using a solid element of 0.1 mm mesh size) is shown in FIG. Further, with respect to the above three types of steel sheets, the relationship between the distance from the bending outer top and the maximum principal strain of the bending outer outermost layer is shown in FIG.

図1及び図2に示すように、実験で取得された限界VDA曲げ角度は、板厚1.0mm,1.4mm,2.3mmの各鋼板について、75°,65°,55°となった。 As shown in FIGS. 1 and 2, the limit VDA bending angles obtained in the experiment were 75 °, 65 °, and 55 ° for each steel plate having a thickness of 1.0 mm, 1.4 mm, and 2.3 mm. ..

VDA曲げ実験を再現したFEMモデルを作成し、ひずみの再現精度が高いソリッド要素を用い、且つサイズが例えば0.1mm程度の詳細なメッシュでモデル化する。このFEMモデルを用いて、VDA曲げ実験において、破断が発生した曲げ角度(限界VDA曲げ角度)までパンチを押し込み、その時の鋼板の曲げ外側の最大主ひずみを求め、限界VDA曲げ角度との関係を調査した。その結果、図2及び図3に示すように、曲げ外側頂部における曲げ外側最表層の最大主ひずみは、限界VDA曲げ角度75°,65°,55°の各鋼板について、0.386,0.396,0.393となり、ほぼ同一と見なし得る値を示した。即ち、鋼板の板厚が異なることで、限界VDA曲げ角度が変化しているにも関わらず、曲げ外側頂部における曲げ外側の最大主ひずみは板厚に依らずほぼ同一の値となることが判った。以下、記載上の便宜のため、曲げ外側頂部の曲げ外側最表層の最大主ひずみを、単に「曲げ外側最表層の最大主ひずみ」と記す。 A FEM model that reproduces the VDA bending experiment is created, and a solid element with high strain reproduction accuracy is used, and a detailed mesh with a size of, for example, about 0.1 mm is used for modeling. Using this FEM model, in the VDA bending experiment, the punch is pushed to the bending angle where the fracture occurred (the limit VDA bending angle), the maximum principal strain on the bending outside of the steel sheet at that time is obtained, and the relationship with the limit VDA bending angle is determined. investigated. As a result, as shown in FIGS. 2 and 3, the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending at the outer top of the bending is 0.386, 0. It was 396,0.393, showing a value that can be regarded as almost the same. That is, it was found that the maximum principal strain on the bent outer side at the upper part of the bent outer side has almost the same value regardless of the plate thickness, even though the limit VDA bending angle changes due to the different plate thickness of the steel plate. rice field. Hereinafter, for convenience of description, the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bend at the outermost surface of the bend is simply referred to as "the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bend".

本発明者は、詳細なソリッド要素からなるFEMモデルを用いた場合には、同じ鋼種の鋼板であれば、板厚が異なっても各板厚における限界VDA曲げ角度まで曲げ変形を加えた時の、曲げ外側最表層の最大主ひずみはほぼ等しくなるという上記の知見を用い、様々な板厚における限界VDA曲げ角度を、FEM解析から求めた。他の鋼種においても同様に、詳細なソリッド要素からなるFEMモデルを用いた解析を行い、各板厚における限界VDA曲げ角度を求めた。このようにして求めた、様々な鋼種、様々な板厚における、多数の限界VDA曲げ角度と曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係をプロットした結果を図4に示す。図4では、板厚をt,t,tと示す。When the FEM model consisting of detailed solid elements is used, the present inventor applies bending deformation to the limit VDA bending angle at each plate thickness even if the plate thickness is different if the steel plate is of the same steel type. Using the above findings that the maximum principal strains of the outermost surface layer of bending are almost equal, the limit VDA bending angles at various plate thicknesses were obtained from FEM analysis. Similarly, for other steel types, analysis was performed using an FEM model consisting of detailed solid elements, and the limit VDA bending angle at each plate thickness was obtained. FIG. 4 shows the results of plotting the relationship between a large number of limit VDA bending angles and the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending at various steel types and various plate thicknesses thus obtained. In FIG. 4, the plate thickness is shown as t 1 , t 2 , and t 3 .

本発明者は、図4より、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみは、限界VDA曲げ角度と板厚の関数で表される旨を知見した。本発明者は、この知見を具体化すべく精査したところ、リッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみは、鋼種によらず、板厚毎の限界VDA曲げ角度の自然対数の1次式で定式化できることを見出した。 From FIG. 4, the present inventor has found that the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element is expressed as a function of the limit VDA bending angle and the plate thickness. The present inventor scrutinized this finding to embody it, and found that the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the lid element is formulated by the linear logarithm of the limit VDA bending angle for each plate thickness regardless of the steel type. I found that it can be transformed.

ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεsolid、限界VDA曲げ角度をθとして、εsolidは係数a,bを用いて以下のように表される。
εsolid=a・ln(θ)+b ・・・(1)
Bending by a solid element The maximum principal strain of the outermost layer is ε solid , the limit VDA bending angle is θ, and ε solid is expressed as follows using coefficients a and b.
ε solid = a · ln (θ) + b ・ ・ ・ (1)

係数a及び係数bは、板厚tの関係式で表される。この関係式は、試験結果を前記(1)式でフィッティングするために決定されるものであり、特に式の形は問わないが、例えば板厚tの多項式で表すことができる。 The coefficient a and the coefficient b are expressed by the relational expression of the plate thickness t. This relational expression is determined to fit the test result by the above equation (1), and the form of the equation is not particularly limited, but can be expressed by, for example, a polynomial of plate thickness t.

自動車部材の衝突変形シミュレーションでは、大規模なモデルを要することから、例えばフルカーモデルについて詳細な要素サイズのソリッド要素を用いたFEM解析を行うには膨大な計算時間を要し、現実的ではない。そのため、このような場合には一般的に、1mm〜5mm程度の粗い要素サイズのシェル要素を用いたFEM解析が行われている。シェル要素でモデル化した場合、鋼板の曲げ頂部のように局所的にひずみが集中しているような部位においては、要素内でひずみが平均化されるため、要素サイズが粗いほどひずみがなまされ、より小さな値となる。そのため、用いる要素サイズに依存して、計算されるひずみの値が異なるという問題が起こる。 Since a large-scale model is required for collision deformation simulation of automobile parts, for example, it takes a huge amount of calculation time to perform FEM analysis using solid elements with detailed element sizes for a full car model, which is not realistic. .. Therefore, in such a case, FEM analysis using a shell element having a coarse element size of about 1 mm to 5 mm is generally performed. When modeled with a shell element, the strain is averaged within the element in a part where the strain is locally concentrated, such as the bending top of a steel plate, so the coarser the element size, the less the strain. And becomes a smaller value. Therefore, there arises a problem that the calculated strain value differs depending on the element size used.

本発明者は、ソリッド要素による詳細FEM解析で用いた0.1mmメッシュサイズよりも粗い、0.7mmメッシュサイズのシェル要素でVDA曲げ試験を再現したFEMモデルを作成して、曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得した。具体的には、図5に示すように、一対のロール21,22上に鋼板10を載置し、一対のロール21,22間における鋼板10の表面の中央部位(曲げ中心)にパンチ20を当接させて鋼板10を曲げてゆき、得られた限界VDA曲げ角度から曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得する。シェル要素で作成したFEMモデルは、見た目上厚みのない面状であるため、図5では図示の便宜上、鋼板10を水平面から若干傾けて表している。ここでは、シェル要素でメッシュを鋼板の曲げ中心に配置したFEMモデルを用いて、得られた曲げ外側最表層の最大主ひずみを読み取る要素の範囲を変え、各読み取り範囲内で平均化した。詳細には、曲げ外側最表層の最大主ひずみを読み取る要素の範囲を鋼板10の曲げ中心及びその左右の例えば1,3,5,7要素、即ち0.7mm,2.1mm,3.5mm,4.9mmとして、その読み取り範囲、つまり図5におけるg1,g2,g3,g4をシェル要素の要素サイズと置換え、曲げ外側最表層の最大主ひずみをg1,g2,g3,g4の範囲からから読み取って各々の平均値を取得した。このようにして取得した、シェル要素の要素サイズ(mm)とシェル要素における曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係を図6に示す。The present inventor created an FEM model that reproduced the VDA bending test with a shell element of 0.7 mm mesh size, which is coarser than the 0.1 mm mesh size used in the detailed FEM analysis using solid elements, and created an FEM model of the outermost surface layer of bending. The maximum principal strain was obtained. Specifically, as shown in FIG. 5, the steel plate 10 is placed on the pair of rolls 21 and 22, and the punch 20 is placed at the center portion (bending center) of the surface of the steel plate 10 between the pair of rolls 21 and 22. The steel sheet 10 is bent in contact with each other, and the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending is obtained from the obtained limit VDA bending angle. Since the FEM model created by the shell element has a planar shape with no apparent thickness, the steel plate 10 is slightly tilted from the horizontal plane in FIG. 5 for convenience of illustration. Here, using an FEM model in which the mesh was placed at the bending center of the steel sheet in the shell element, the range of the element for reading the maximum principal strain of the obtained outermost surface layer of the bending was changed and averaged within each reading range. Specifically, the range of elements for reading the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending is defined as the bending center of the steel sheet 10 and, for example, 1, 3, 5, 7 elements on the left and right thereof, that is, 0.7 mm, 2.1 mm, 3.5 mm. Assuming 4.9 mm, the reading range, that is, g 1 , g 2 , g 3 , g 4 in FIG. 5 is replaced with the element size of the shell element, and the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending is g 1 , g 2 , g 3. , G 4 was read from the range, and the average value of each was obtained. FIG. 6 shows the relationship between the element size (mm) of the shell element obtained in this way and the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending in the shell element.

本発明者は、図6と同様に、様々な鋼種、様々な板厚のシェル要素からなるFEMモデルを用いて解析を行い、シェル要素の要素サイズ(mm)とシェル要素における曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関係を多数得た。これらデータと図4から得られたデータの関係性を調査した結果、シェル要素を用いたFEMモデルにおける曲げ外側最表層の最大主ひずみは、シェル要素の要素サイズと、板厚と、上記したソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみとの関数で表される旨を知見した。本発明者は、この知見を具体化すべく精査したところ、シェル要素を用いたFEMモデルにおける曲げ外側最表層の最大主ひずみは、鋼種によらず、シェル要素の要素サイズの累乗を用いた式で定式化できることを見出した。 Similar to FIG. 6, the present inventor performed an analysis using a FEM model composed of shell elements of various steel types and various plate thicknesses, and performed analysis using the element size (mm) of the shell element and the bending outer outermost layer of the shell element. Many relationships with the maximum principal strain were obtained. As a result of investigating the relationship between these data and the data obtained from FIG. 4, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending in the FEM model using the shell element is the element size of the shell element, the plate thickness, and the above-mentioned solid. It was found that it is expressed as a function of the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the element. The present inventor scrutinized this finding to embody it, and found that the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending in the FEM model using the shell element is an equation using the power of the element size of the shell element regardless of the steel type. We found that it could be formulated.

シェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみの第1値をεshell、シェル要素の要素サイズをSとして、εshellは係数α,β,γを用いて以下のように表される。
εshell=αSβ+γ ・・・(2)
Bending by the shell element The first value of the maximum principal strain of the outermost layer is ε shell , the element size of the shell element is S, and the ε shell is expressed as follows using the coefficients α, β, and γ.
ε shell = αS β + γ ・ ・ ・ (2)

ここで、α,β,γはεsolid及び板厚tの関係式である。この関係式は、シェル要素を用いたFEMモデルの解析結果を前記(4)式でフィッティングするために決定されるものであり、特に式の形は問わないが、例えば板厚tとεsolidからなる一次式である。Here, α, β, and γ are relational expressions of ε solid and plate thickness t. This relational expression is determined to fit the analysis result of the FEM model using the shell element by the above equation (4), and the form of the equation is not particularly limited, but for example, from the plate thickness t and ε solid. Is a linear expression.

(1)式で表される曲げ外側最表層の最大主ひずみεsolidは、詳細な要素サイズのソリッド要素を用いたFEM解析の結果に基づいて本発明者により得られたものである。(2)式で表される曲げ外側最表層の最大主ひずみεshellは、粗い要素サイズのシェル要素を用いたFEM解析の結果に基づいて本発明者により得られたものである。εshellは、(1)式で得られた、εsolidを反映した値である。εshellは、シェル要素を用いて得られた値であるが、詳細なソリッド要素を用いて得られたεso lidで規定された値であり、ソリッド要素に対応した高精度の値である。 The maximum principal strain ε solid of the outermost surface layer of bending represented by the equation (1) was obtained by the present inventor based on the result of FEM analysis using a solid element having a detailed element size. The maximum principal strain ε cell of the outermost surface layer of bending represented by the equation (2) was obtained by the present inventor based on the result of FEM analysis using a shell element having a coarse element size. ε shell is a value that reflects ε solid obtained by Eq. (1). The ε shell is a value obtained by using a shell element, but is a value specified by ε so lid obtained by using a detailed solid element, and is a highly accurate value corresponding to the solid element.

本発明では、ソリッド要素によるFEMを用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみを板厚及び限界VDA曲げ角度の関数で表す(1)式と、シェル要素によるFEMを用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみをシェル要素のサイズ、板厚、及びソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で表す(2)式とを用いる。先ず(1)式に、破断予測対象である鋼材の板厚及び限界VDA曲げ角度を入力する。これにより、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみεsolidが算出される。続いて、(2)式に、破断予測対象である変形解析モデルのシェル要素の要素サイズ、鋼材の板厚、及び算出されたεsolidを入力する。これにより、シェル要素による曲げの破断クライテリアとなる、曲げ外側最表層の最大主ひずみεshellが算出される。In the present invention, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending, which is defined by using the FEM by the solid element, is expressed by the function of the plate thickness and the limit VDA bending angle (1), and the default by using the FEM by the shell element. Eq. (2) is used, which expresses the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending as a function of the size of the shell element, the plate thickness, and the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element. First, the plate thickness and the limit VDA bending angle of the steel material to be predicted to break are input to the equation (1). As a result, the maximum principal strain ε solid of the outermost surface layer of bending due to the solid element is calculated. Subsequently, the element size of the shell element of the deformation analysis model, which is the target of fracture prediction, the plate thickness of the steel material, and the calculated ε solid are input to the equation (2). As a result, the maximum principal strain ε shell of the outermost surface layer of the bend, which is the fracture criterion of the bend due to the shell element, is calculated.

一方、鋼板の材料特性に対応する引張強度特性を用いて、シェル要素を用いたFEM解析にて衝突変形シミュレーションを行い、鋼板の曲げ外側最表層の最大主ひずみε sh ellを取得する。On the other hand, using a tensile strength characteristics corresponding to the material properties of the steel sheet, subjected to collision deformation simulation by FEM analysis using a shell element, to obtain the maximum principal strain epsilon * sh ell bending outside the outermost layer of the steel sheet.

このようにして得られた、衝突変形シミュレーション中の曲げ外側最表層の最大主ひずみε shellと、曲げの破断クライテリアである曲げ外側最表層の最大主ひずみε hellを比較して、衝突変形における鋼板の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する。Thus obtained, in comparison maximum during a collision deformation simulation bent outside the outermost layer of the principal strain epsilon * shell, the maximum principal strain epsilon s hell is a cutaway criteria bent outside the outermost layer of the bend, the collision deformation It is determined whether or not fracture occurs at the bending deformation site of the steel plate in.

具体的に、時々刻々と変化するε shellが破断のクライテリアであるεshel に達したとき、即ち、
ε shell/εshell=1
となったときに、鋼板に破断が発生したと判断し、破断発生部位に該当するメッシュを消去する。
Specifically, when the epsilon * shell which changes momentarily reached a criteria of fracture epsilon shel l, i.e.,
ε * shell / ε shell = 1
When becomes, it is determined that the steel plate has broken, and the mesh corresponding to the broken portion is deleted.

本発明によれば、解析対象である鋼材の曲げの破断クライテリアとなる、曲げ外側最表層の最大主ひずみであるεshellを、試験やFEMシミュレーションによることなく、極めて簡易に短時間で、しかも正確に得ることができ、突変形シミュレーションにおける曲げ破断を正確に予測することができる。 According to the present invention, ε cell , which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending, which is the fracture fracture criterion of the steel material to be analyzed, can be obtained very easily, in a short time, and accurately without using a test or FEM simulation. It is possible to accurately predict the bending fracture in the sudden deformation simulation.

(第1の実施形態)
第1の実施形態では、鋼板の破断予測方法及び破断予測装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図7は第1の実施形態による破断予測装置を示すブロック図、図8は図7の破断予測装置の構成要素である算出部の詳細を示すブロック図である。図9は第1の実施形態による破断予測方法を示すフロー図、図10は図9の破断予測方法のステップS1の詳細を示すフロー図、図11は図10のステップS11,S12の詳細を示すフロー図である。
(First Embodiment)
In the first embodiment, the fracture prediction method and the fracture prediction device for the steel sheet will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram showing a fracture prediction device according to the first embodiment, and FIG. 8 is a block diagram showing details of a calculation unit which is a component of the fracture prediction device of FIG. 7. 9 is a flow chart showing a fracture prediction method according to the first embodiment, FIG. 10 is a flow chart showing details of step S1 of the fracture prediction method of FIG. 9, and FIG. 11 shows details of steps S11 and S12 of FIG. It is a flow diagram.

本実施形態による破断予測装置は、図7に示すように、算出部1、取得部2、及び判定部3を備えている。算出部1は、(1)式及び(2)式を用いて、鋼板の曲げ変形時の破断限界表層ひずみとして曲げ外側最表層の最大主ひずみを算出するものであり、図8に示すように、第1算出部11及び第2算出部12を備えている。取得部2は、衝突変形シミュレーションにおいて、鋼板の曲げ外側最表層の最大主ひずみを取得するものである。判定部3は、算出部1で得られた値と取得部2で得られた値とを比較して、鋼板の破断発生の有無を判定するものである。 As shown in FIG. 7, the fracture prediction device according to the present embodiment includes a calculation unit 1, an acquisition unit 2, and a determination unit 3. The calculation unit 1 calculates the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending as the fracture limit surface strain at the time of bending deformation of the steel sheet by using the equations (1) and (2), as shown in FIG. , The first calculation unit 11 and the second calculation unit 12 are provided. The acquisition unit 2 acquires the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bent steel sheet in the collision deformation simulation. The determination unit 3 compares the value obtained by the calculation unit 1 with the value obtained by the acquisition unit 2 to determine whether or not the steel sheet is broken.

鋼板の破断予測を行うに際して、先ず、算出部1には、インプットファイルから各種情報が入力される。各種情報としては、鋼板の板厚、限界VDA曲げ角度、及び衝突変形シミュレーションを行うモデルのシェル要素の要素サイズ等がある。板厚、及び限界VDA曲げ角度は第1算出部11に、板厚及び要素サイズは第2算出部12にそれぞれ入力される。 When predicting the breakage of a steel sheet, first, various information is input to the calculation unit 1 from an input file. Various information includes the thickness of the steel plate, the limit VDA bending angle, the element size of the shell element of the model for performing the collision deformation simulation, and the like. The plate thickness and the limit VDA bending angle are input to the first calculation unit 11, and the plate thickness and the element size are input to the second calculation unit 12.

鋼種としては、特に980MPa級以上の鋼板を対象とすることが好ましい。曲げ破断が問題となる鋼板は主に高強度材のものであることから、本実施形態では、高強度材の具体的指標として980MPa級以上の鋼板を破断予測の適用対象とする。 As the steel type, it is particularly preferable to target a steel sheet of 980 MPa class or higher. Since the steel sheet in which bending fracture is a problem is mainly a high-strength material, in the present embodiment, a steel sheet of 980 MPa class or higher is applied to the fracture prediction as a specific index of the high-strength material.

引張強度特性及び板厚に対応した限界VDA曲げ角度は、鋼板の破断予測を行う際にユーザが実験により取得するか、或いは実験に基づいて作成されたデータベースから取得して入力するようにしても良い。 The limit VDA bending angle corresponding to the tensile strength characteristics and the plate thickness can be obtained by the user by experiment when predicting the fracture of the steel sheet, or can be obtained and input from the database created based on the experiment. good.

算出部1は、ステップS1において、(1)式及び(2)式を用いて、鋼板の曲げ変形時における曲げ外側最表層の最大主ひずみを算出する。ステップS1は、ステップS11及びステップS12からなる。 In step S1, the calculation unit 1 calculates the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bent steel sheet at the time of bending deformation of the steel sheet by using the equations (1) and (2). Step S1 includes steps S11 and S12.

先ず、第1算出部11は、ステップS11において、入力された板厚、及び限界VDA曲げ角度を用いて、(1)式により、ソリッド要素によるFEMモデルで既定されている、鋼板の曲げ外側最表層の最大主ひずみεsolidを算出する。First, the first calculation unit 11 uses the input plate thickness and the limit VDA bending angle in step S11 to determine the bending outermost of the steel plate, which is defined in the FEM model by the solid element by the equation (1). Calculate the maximum principal strain ε solid of the surface layer.

ステップS11に続いて、第2算出部12は、ステップS12において、入力された板厚、要素サイズ及びステップS11で算出されたεsolidを用いて、(2)式により、シェル要素によるFEMモデルで規定されている、鋼板の曲げ外側最表層の最大主ひずみεshellを算出する。Following step S11, the second calculation unit 12 uses the input plate thickness, element size, and ε- strain calculated in step S11 in step S12, and uses the FEM model using the shell element according to the equation (2). The specified maximum principal strain ε shell of the outermost surface layer of the bent steel sheet is calculated.

一方、取得部2は、ステップS2において、入力された、シェル要素の要素サイズ、鋼板の材料特性に対応する引張強度特性、例えば応力−ひずみ曲線又は応力−ひずみ曲線をスイフトの式でフィッティングすることで得られるスイフト係数等を用いて、衝突変形シミュレーションによるシェル要素を用いたFEM解析を行い、鋼板の曲げ外側最表層の最大主ひずみε shellを取得する。On the other hand, the acquisition unit 2 fits the tensile strength characteristics corresponding to the element size of the shell element and the material characteristics of the steel plate, for example, the stress-strain curve or the stress-strain curve, which are input in step S2, by the Swift equation. FEM analysis using shell elements by collision deformation simulation is performed using the swift coefficient obtained in the above, and the maximum principal strain ε * cell of the outermost surface layer of the bent steel plate is obtained.

ステップS1,S2に続いて、判定部3は、ステップS3において、ステップS1で得られた曲げ外側最表層の最大主ひずみεshellと、ステップS2で得られた曲げ外側最表層の最大主ひずみε shellとを比較して、衝突変形における鋼板の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する。Following steps S1 and S2, in step S3, the determination unit 3 has the maximum principal strain ε shell of the outermost bending surface layer obtained in step S1 and the maximum principal strain ε of the outermost bending outer layer obtained in step S2. * Compare with shell to determine whether or not fracture occurs at the bending deformation site of the steel plate in collision deformation.

具体的に、ステップS3では、時々刻々と変化するε shellが破断のクライテリアであるεshellに達したとき、即ち、
ε shell/εshell=1
となったときに、判定部3は鋼板に破断が発生したと判断し、破断発生部位に該当するメッシュを消去する。
Specifically, in step S3, when the ε * shell, which changes from moment to moment, reaches the ε shell , which is the criterion for fracture, that is,
ε * shell / ε shell = 1
When the result becomes, the determination unit 3 determines that the steel sheet has broken, and erases the mesh corresponding to the broken portion.

(実施例)
本実施形態による破断予測方法の予測精度を検証した結果について説明する。自動車部材への衝突入力を模擬するために、図12Aに示す3点曲げ治具を用いて、対象鋼材30をインパクタで圧下した時のストローク(mm)とインパクタ反力(kN)との関係について調べた。対象鋼材30として、板厚1.6mmの2.0GPa級のホットスタンプ材からなる自動車部材を模擬したハット部材を用いた。実験により破断が生じた状況を図12Bに、本実施例により破断を予測した状況を図12Cにそれぞれ示す。本実施例による破断予測方法により破断を考慮したFEM解析による場合、比較例として破断を考慮しない従来のFEM解析による場合について調べた。本実施例によるFEM解析では、材料破断予測用プログラムであるNSafe−MATを用い、シェル要素(完全積分要素、積分点数5)でメッシュサイズを2mm、限界VDA曲げ角度を40°、板厚1.6mmとして入力した。
(Example)
The result of verifying the prediction accuracy of the fracture prediction method according to this embodiment will be described. Regarding the relationship between the stroke (mm) and the impactor reaction force (kN) when the target steel material 30 is pressed down by the impactor using the three-point bending jig shown in FIG. 12A in order to simulate the collision input to the automobile member. Examined. As the target steel material 30, a hat member simulating an automobile member made of a 2.0 GPa class hot stamping material having a plate thickness of 1.6 mm was used. FIG. 12B shows the situation where the fracture occurred by the experiment, and FIG. 12C shows the situation where the fracture was predicted by this example. In the case of FEM analysis considering fracture by the fracture prediction method according to this example, the case of conventional FEM analysis not considering fracture was investigated as a comparative example. In the FEM analysis according to this embodiment, NSafe-MAT, which is a program for predicting material breakage, is used, the mesh size is 2 mm, the limit VDA bending angle is 40 °, and the plate thickness is 1. It was input as 6 mm.

得られた結果を図13に示す。図13は、対象部材をインパクタで圧下した時のストローク(mm)とインパクタ反力(kN)との関係を示す特性図である。試験において、曲げ部から破断が発生しているのが観察された。一方、本実施例においても、破断を予測して要素が削除されている箇所があり、試験で観察された破断箇所とほぼ一致する。図12により、本実施例による破断予測方法により破断を考慮したFEM解析によれば、破断発生により荷重が急減する様子が再現されていることが判る。その一方で、従来技術である、破断を考慮しない比較例のFEM解析においては、破断を予測できないため、破断発生による荷重低下も再現することができないことが判る。 The obtained results are shown in FIG. FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the stroke (mm) and the impactor reaction force (kN) when the target member is pressed down by the impactor. In the test, it was observed that the fracture occurred from the bent part. On the other hand, also in this embodiment, there is a part where the element is deleted in anticipation of the breakage, which is almost the same as the breakage part observed in the test. From FIG. 12, it can be seen that, according to the FEM analysis in which the fracture is taken into consideration by the fracture prediction method according to the present embodiment, the state in which the load suddenly decreases due to the occurrence of the fracture is reproduced. On the other hand, in the FEM analysis of the comparative example that does not consider the fracture, which is a conventional technique, it can be seen that the load reduction due to the occurrence of the fracture cannot be reproduced because the fracture cannot be predicted.

以上説明したように、本実施形態によれば、解析対象である鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみを、試験やシミュレーションによることなく、極めて簡易に短時間で、しかも正確に得ることができ、これにより、突変形部に曲げ破断が発生するか否かを正確に予測すること、即ち、鋼材の正確な曲げ破断予測を行うことが可能となる。これによって、実際の自動車部材についての衝突試験を省略すること、或いは衝突試験の回数を大幅に削減することができる。また、衝突時の破断を防止する鋼板の設計をコンピュータ上で行うことができるため、大幅なコスト削減、開発期間の短縮への寄与が実現する。 As described above, according to the present embodiment, the maximum principal strain of the bent outer surface layer of the steel material to be analyzed can be obtained extremely easily, in a short time, and accurately without using tests or simulations. As a result, it is possible to accurately predict whether or not bending fracture occurs in the projecting deformation portion, that is, to accurately predict bending fracture of the steel material. As a result, it is possible to omit the collision test on the actual automobile member or to significantly reduce the number of collision tests. In addition, since the steel plate that prevents breakage in the event of a collision can be designed on a computer, it will contribute to a significant cost reduction and shortening of the development period.

(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態による破断予測装置の構成要素である、図7に示した算出部1(図8の第1算出部11及び第2算出部12)、取得部2、及び判定部3は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても良い。また、上記の各構成要素は、メモリ及びCPU(中央演算装置)により構成され、各構成要素の諸機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであっても良い。
(Second embodiment)
Calculation unit 1 (first calculation unit 11 and second calculation unit 12 in FIG. 8), acquisition unit 2, and determination unit 3 shown in FIG. 7, which are components of the fracture prediction device according to the first embodiment described above. May be realized by dedicated hardware. In addition, each of the above components is composed of a memory and a CPU (Central Processing Unit), and the functions are realized by loading and executing a program for realizing various functions of each component in the memory. There may be.

また、上記の各構成要素の諸機能を実現するためのプログラム(図9のステップS1(図10、図11のステップS11〜S12)〜S3等を実行するためのプログラム)をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上記の各構成要素の処理を実行しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。 In addition, a computer-readable record of a program for realizing the various functions of each of the above components (a program for executing steps S1 (steps S11 to S12 in FIGS. 10 and 11) to S3 in FIG. 9). The processing of each of the above-mentioned components may be executed by recording on a medium, having the computer system read the program recorded on the recording medium, and executing the program. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものでも良い。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものでも良い。また上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Further, the "computer system" may include a homepage providing environment (or display environment) as long as the WWW system is used.
Further, the "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, a "computer-readable recording medium" is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. It may also include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that is a server or a client in that case. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system. ..

一具体例として、本実施形態に示した破断予測装置及び破断予測方法は、図14に示すようなコンピュータ機能100により実施される。
コンピュータ機能100は、CPU101と、ROM102と、RAM103とを備える。また、操作部(CONS)109のコントローラ(CONSC)105と、CRTやLCD等の表示部としてのディスプレイ(DISP)110のディスプレイコントローラ(DISPC)106とを備える。更に、ハードディスク(HD)111、及びフレキシブルディスク等の記憶デバイス(STD)112のコントローラ(DCONT)107と、ネットワークインタフェースカード(NIC)108とを備える。それら機能部101,102,103,105,106,107,108は、システムバス104を介して互いに通信可能に接続された構成としている。
As a specific example, the breakage prediction device and the breakage prediction method shown in the present embodiment are carried out by the computer function 100 as shown in FIG.
The computer function 100 includes a CPU 101, a ROM 102, and a RAM 103. Further, the controller (CONSC) 105 of the operation unit (CONS) 109 and the display controller (DISPC) 106 of the display (DISP) 110 as a display unit such as a CRT or an LCD are provided. Further, it includes a hard disk (HD) 111, a controller (DCONT) 107 of a storage device (STD) 112 such as a flexible disk, and a network interface card (NIC) 108. The functional units 101, 102, 103, 105, 106, 107, and 108 are configured to be communicably connected to each other via the system bus 104.

CPU101は、ROM102又はHD111に記憶されたソフトウェア、又はSTD112より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス104に接続された各構成部を総括的に制御する。即ち、CPU101は、上述したような動作を行うための処理プログラム(構造体設計支援プログラム)を、ROM102、HD111、又はSTD112から読み出して実行することで、本実施形態における動作を実現するための制御を行う。RAM103は、CPU101の主メモリ又はワークエリア等として機能する。 The CPU 101 comprehensively controls each component connected to the system bus 104 by executing the software stored in the ROM 102 or the HD 111 or the software supplied from the STD 112. That is, the CPU 101 controls to realize the operation in the present embodiment by reading the processing program (structure design support program) for performing the above-mentioned operation from the ROM 102, HD111, or STD112 and executing the processing program. I do. The RAM 103 functions as a main memory or a work area of the CPU 101.

CONSC105は、CONS109からの指示入力を制御する。DISPC105は、DISP110の表示を制御する。DCONT107は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び本実施形態における上記の処理プログラム等を記憶するHD111及びSTD112とのアクセスを制御する。NIC108はネットワーク113上の他の装置と双方向にデータをやりとりする。
なお、通常のコンピュータ端末装置を用いる代わりに、破断予測装置に特化された所定の計算機等を用いても良い。
CONSC105 controls the instruction input from CONS109. DISPC 105 controls the display of DISP 110. The DCONT 107 controls access to HD111 and STD112 that store boot programs, various applications, user files, network management programs, and the above processing programs in this embodiment. NIC 108 exchanges data bidirectionally with other devices on the network 113.
Instead of using a normal computer terminal device, a predetermined computer or the like specialized for the fracture prediction device may be used.

本発明は、例えば、自動車部品に公的な鋼板に関連する産業に利用することができる。
The present invention can be used, for example, in industries related to steel sheets that are public for automobile parts.

Claims (16)

ソリッド要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみを板厚及び限界VDA曲げ角度の関数で表す第1関係式に、破断予測対象である鋼材の板厚及び前記鋼材の限界VDA曲げ角度を入力して、前記鋼材のソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第1値を算出する第1ステップと、
シェル要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみをシェル要素のサイズ、板厚、及びソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で表す第2関係式に、破断予測対象である変形解析モデルのシェル要素のサイズ、前記鋼材の板厚、及び前記第1ステップで算出された前記第1値を入力して、前記鋼材のシェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第2値を算出する第2ステップと、
シェル要素による有限要素法を用いて、前記鋼材の材料特性に応じた変形解析を実行し、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみである第3値を取得する第3ステップと、
前記第2値と前記第3値とを比較して、変形における前記鋼材の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する第4ステップと、
を備えたことを特徴とする破断予測方法。
The first relational expression, which expresses the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending as a function of the plate thickness and the limit VDA bending angle, which is defined by using the finite element method with solid elements, is the plate thickness of the steel material to be predicted for fracture and the plate thickness. The first step of inputting the limit VDA bending angle of the steel material and calculating the first value which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element of the steel material.
The second relation, which is defined by using the finite element method with shell elements, expresses the maximum principal strain of the outermost bending layer as a function of the size of the shell element, the plate thickness, and the maximum principal strain of the outermost bending layer due to the solid element. Enter the size of the shell element of the deformation analysis model, which is the target of fracture prediction, the plate thickness of the steel material, and the first value calculated in the first step, and enter the outermost bending of the steel material by the shell element. The second step to calculate the second value, which is the maximum principal strain of the surface layer, and
Using the finite element method using the shell element, the third step of performing deformation analysis according to the material properties of the steel material and acquiring the third value, which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending of the steel material, and
The fourth step of comparing the second value with the third value to determine whether or not fracture occurs at the bending deformation portion of the steel material in deformation.
A fracture prediction method characterized by being equipped with.
前記第1関係式は、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεsolidとして、
εsolid=a・ln(θ)+b
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項1に記載の破断予測方法。
In the first relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element is ε solid .
ε solid = a · ln (θ) + b
The fracture prediction method according to claim 1, wherein a: the relational expression of the plate thickness t b: the relational expression of the plate thickness t.
前記第2関係式は、シェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεshellとして、
εshell=αSβ+γ
S:シェル要素のサイズ
α,β,γ:εsolid及び板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項2に記載の破断予測方法。
In the second relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the shell element is ε- shell .
ε shell = αS β + γ
S: The fracture prediction method according to claim 2, wherein the shell element size α, β, γ: ε solid and the plate thickness t are represented by a relational expression.
前記第1関係式を得るために用いられたソリッド要素は、前記第2関係式を得るために用いられたシェル要素よりも細かい要素サイズのものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の破断予測方法。 The solid element used to obtain the first relational expression has an element size finer than that of the shell element used to obtain the second relational expression, claims 1 to 3. The fracture prediction method according to any one item. 前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の破断予測方法。 The fracture prediction method according to any one of claims 1 to 4, wherein the steel material is a steel sheet of a steel grade of 980 MPa class or higher. ソリッド要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみを板厚及び限界VDA曲げ角度の関数で表す第1関係式に、破断予測対象である鋼材の板厚及び前記鋼材の限界VDA曲げ角度を入力して、前記鋼材のソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第1値を算出する第1算出部と、
シェル要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみをシェル要素のサイズ、板厚、及びソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で表す第2関係式に、破断予測対象である変形解析モデルのシェル要素のサイズ、前記鋼材の板厚、及び前記第1算出部で算出された前記第1値を入力して、前記鋼材のシェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第2値を算出する第2算出部と、
シェル要素による有限要素法を用いて、前記鋼材の材料特性に応じた変形解析を実行し、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみである第3値を取得する第3算出部と、
前記第2値と前記第3値とを比較して、変形における前記鋼材の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする破断予測装置。
The first relational expression, which expresses the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending as a function of the plate thickness and the limit VDA bending angle, which is defined by using the finite element method with solid elements, is the plate thickness of the steel material to be predicted for fracture and the plate thickness. A first calculation unit that inputs the limit VDA bending angle of the steel material and calculates the first value which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element of the steel material.
The second relation, which is defined by using the finite element method with shell elements, expresses the maximum principal strain of the outermost bending layer as a function of the size of the shell element, the plate thickness, and the maximum principal strain of the outermost bending layer due to the solid element. Enter the size of the shell element of the deformation analysis model, which is the target of fracture prediction, the plate thickness of the steel material, and the first value calculated by the first calculation unit into the equation, and bend the outside of the steel material by the shell element. The second calculation unit that calculates the second value, which is the maximum principal strain of the outermost layer, and
Using the finite element method using the shell element, a third calculation unit that executes deformation analysis according to the material properties of the steel material and obtains the third value, which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending of the steel material, and
A determination unit that compares the second value with the third value and determines whether or not fracture occurs at the bending deformation portion of the steel material in deformation.
A rupture prediction device characterized by being equipped with.
前記第1関係式は、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεsolidとして、
εsolid=a・ln(θ)+b
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項6に記載の破断予測装置。
In the first relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element is ε solid .
ε solid = a · ln (θ) + b
The fracture prediction device according to claim 6, wherein a: the relational expression of the plate thickness t b: the relational expression of the plate thickness t.
前記第2関係式は、シェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεshellとして、
εshell=αSβ+γ
S:シェル要素のサイズ
α,β,γ:εsolid及び板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項7に記載の破断予測装置。
In the second relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the shell element is ε- shell .
ε shell = αS β + γ
S: The fracture prediction apparatus according to claim 7, wherein the size α, β, γ: ε solid of the shell element and the plate thickness t are represented by the relational expression.
前記第1関係式を得るために用いられたソリッド要素は、前記第2関係式を得るために用いられたシェル要素よりも細かい要素サイズのものであることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の破断予測装置。 Claims 6 to 8, wherein the solid element used to obtain the first relational expression has an element size finer than that of the shell element used to obtain the second relational expression. The breakage predictor according to any one item. 前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の破断予測装置。 The fracture prediction device according to any one of claims 6 to 9, wherein the steel material is a steel plate of a steel grade of 980 MPa class or higher. ソリッド要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみを板厚及び限界VDA曲げ角度の関数で表す第1関係式に、破断予測対象である鋼材の板厚及び前記鋼材の限界VDA曲げ角度を入力して、前記鋼材のソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第1値を算出する第1ステップと、
シェル要素による有限要素法を用いて既定されている、曲げ外側最表層の最大主ひずみをシェル要素のサイズ、板厚、及びソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみの関数で表す第2関係式に、破断予測対象である変形解析モデルのシェル要素のサイズ、前記鋼材の板厚、及び前記第1ステップで算出された前記第1値を入力して、前記鋼材のシェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみである第2値を算出する第2ステップと、
シェル要素による有限要素法を用いて、前記鋼材の材料特性に応じた変形解析を実行し、前記鋼材の曲げ外側最表層の最大主ひずみである第3値を取得する第3ステップと、
前記第2値と前記第3値とを比較して、変形における前記鋼材の曲げ変形部位で破断が生じるか否かを判定する第4ステップと、
をコンピュータに実行させる破断予測プログラム。
The first relational expression, which expresses the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending as a function of the plate thickness and the limit VDA bending angle, which is defined by using the finite element method with solid elements, is the plate thickness of the steel material to be predicted for fracture and the plate thickness. The first step of inputting the limit VDA bending angle of the steel material and calculating the first value which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element of the steel material.
The second relation, which is defined by using the finite element method with shell elements, expresses the maximum principal strain of the outermost bending layer as a function of the size of the shell element, the plate thickness, and the maximum principal strain of the outermost bending layer due to the solid element. Enter the size of the shell element of the deformation analysis model, which is the target of fracture prediction, the plate thickness of the steel material, and the first value calculated in the first step, and enter the outermost bending of the steel material by the shell element. The second step to calculate the second value, which is the maximum principal strain of the surface layer, and
Using the finite element method using the shell element, the third step of performing deformation analysis according to the material properties of the steel material and acquiring the third value, which is the maximum principal strain of the outermost surface layer of the bending of the steel material, and
The fourth step of comparing the second value with the third value to determine whether or not fracture occurs at the bending deformation portion of the steel material in deformation.
Break prediction program that causes the computer to execute.
前記第1関係式は、ソリッド要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεsolidとして、
εsolid=a・ln(θ)+b
a:板厚tの関係式
b:板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項11に記載の破断予測プログラム。
In the first relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the solid element is ε solid .
ε solid = a · ln (θ) + b
The fracture prediction program according to claim 11, wherein a: the relational expression of the plate thickness t b: the relational expression of the plate thickness t.
前記第2関係式は、シェル要素による曲げ外側最表層の最大主ひずみをεshellとして、
εshell=αSβ+γ
S:シェル要素のサイズ
α,β,γ:εsolid及び板厚tの関係式
により表されることを特徴とする請求項12に記載の破断予測プログラム。
In the second relational expression, the maximum principal strain of the outermost surface layer of bending due to the shell element is ε- shell .
ε shell = αS β + γ
S: The fracture prediction program according to claim 12, wherein the shell element size α, β, γ: ε solid and the plate thickness t are represented by a relational expression.
前記第1関係式を得るために用いられたソリッド要素は、前記第2関係式を得るために用いられたシェル要素よりも細かい要素サイズのものであることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の破断予測プログラム。 The solid element used to obtain the first relational expression has an element size finer than that of the shell element used to obtain the second relational expression. The breakage prediction program according to any one of the items. 前記鋼材は、980MPa級以上の鋼種の鋼板であることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の破断予測プログラム。 The fracture prediction program according to any one of claims 11 to 14, wherein the steel material is a steel sheet of a steel grade of 980 MPa class or higher. 請求項11〜15のいずれか1項に記載の破断予測プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
A computer-readable recording medium comprising recording the fracture prediction program according to any one of claims 11 to 15.
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